JPS6127667B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽光線をエネルギーとして利用する
為太陽光線を集光する装置に関するものである。

太陽光線は、エネルギー源として無尽蔵である
と共にエネルギーとして利用する際に公害の発生
が少ないから、石油等の地下資源の涸渇化やその
利用時の公害発生が問題となつている現在におい
ては、今後のエネルギー源として有望視されてい
る。しかしながら地球上においては太陽光線の単
位面積当りの入射エネルギーは極めて少ないか
ら、太陽光線を効率良く利用する為には、広い面
積に入射した太陽光線を狭い面積に集光してから
熱エネルギーに変換する事が必要である。

また一方、太陽光線は時々刻々入射角が変化す
るから、入射光線を効率良く集光する為には集光
装置を入射角の変化に追随し得る様構成する事が
望ましい。更に集光装置は一般に屋外や雨雪に耐
え得る様堅牢な構造に作る必要がある。

従来の集光装置としては、大型の放物面鏡によ
り吸熱体へ集光する様構成すると共に、放物面鏡
を特定の軸線を中心として回転せしめる事により
入射角の変化に追従させる装置が知られている
が、この様な装置では、平行入射光線の入射角の
変化に対応して大型の放物面鏡を一体的に回転さ
せなければならないうえ、吸熱体を設置すべき集
光位置（焦点位置）と放物面鏡との相対位置は一
定であるから放物面鏡を回転させると同時に吸熱
体をも回転させなければならず、全体として装置
が大型化するとともに吸熱体により変換したエネ
ルギーの移送が困難であり、且つ強風等に耐え得
るべく支持機構や駆動機構が大型化し、この為軽
量且つ安価に構成することが困難である。

他方、多数の平面反射鏡を並設するとともに各
反射鏡を弾性駆動機構により函数関係に連動傾斜
せしめるよう構成した装置（例えば特公昭37−
3422号公報所掲のもの）も知られているが、この
様な装置にあつては、平行入射光の入射角の変化
に伴つて各反射鏡を弾性駆動機構により連動傾斜
させた場合、各反射鏡の回転角度が一定となら
ず、例えば吸熱体の直下に設けた反射鏡から遠く
離れた反射鏡ほど回転角度が大きくなり、したが
つて各反射鏡による反射光が一箇所に集中せず、
いわゆる収差が生じ、その結果入射角が変化する
に従つて集光効率が低下するという欠点がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、
その主な目的は簡単且つ安価な構造により太陽光
線の入射角の変化に追従せしめ、収差を生じる事
なく焦点を結ぶ事が出来ると共に、この焦点を維
持し得る集光装置を提供する事にある。

又本発明の他の目的は、全体として軽量且つ安
価に構成し得る集光装置を提供する事にある。

更に本発明の他の目的は、屋外等に取付け易い
様平面的に作る事が出来る集光装置を提供する事
にある。

本発明装置は、固定された所定の集光位置に反
射光を集中するように相対的に傾斜し且つ夫々少
なくとも一本の軸線を中心として回転可能となる
様並設された多数の小反射鏡と、此等小反射鏡に
よる反射光の集光位置に固定された吸熱部と、各
小反射鏡を此等に対する平行入射光線の入射角度
の変化に対応して位置が制御される制御体と、各
小反射鏡を制御体に連結するリンクとを備え、反
射光が前記固定された吸熱部に常時集光するよう
に平行入射光線の入射角度の変化に対応して前記
制御体およびリンクにより各小反射鏡を一斉に同
方向且つ等角度回転するように構成されているこ
とを特徴とするものである。

以下、本発明装置の実施例を図面に従つて詳述
する。

第１図は本発明発明の一実施例を示す略解的な
断面図であり、上下両面を開放して水平に設置し
た矩形の枠４内に多数の平面反射鏡１が並設され
ている。上記平面反射鏡１の形状は任意である
が、例えば第４図の平面図に示す如く長尺な条板
状に作られる。

上記各平面反射鏡１は夫々所定の軸線、例えば
軸３を中心として回転し得る様に取付けられてい
る。上記軸３は各平面反射鏡１の長手方向に沿い
且つ互いに平行となる様に設定される。

又上記各平面反射鏡１には、各々リンク６の一
端が固定されており、各リンク６の他端はジヨイ
ント８を介して共通の棒状制御体７に回動可能に
取付けられている。

上記各リンク６と各平面反射鏡１との取付位置
は上記軸３の位置に一致する様に設定され、又各
リンク６は相互に平行且つ等長となる様に作られ
ている。従つて上記制御体７は平面反射鏡１の配
列方向、換言すれば軸３の並ぶ方向と常時平行と
なるから、上記制御体７を所定量移動せしめれば
各リンク６が等角度回動して、これにより各平面
反射鏡１が夫々軸３を中心として等角度回転す
る。一方上記平面反射鏡１の図中上方には吸熱体
２が設けられており、該吸熱体２は上記枠４から
突出する支柱５によつて支持されている。上記吸
熱体２は入射光線の熱エネルギーを吸収すれば良
いものであつてその具体的構成は任意であるが、
例えば第１図、第４図に示す如く管状の吸熱管に
作り、該吸熱管内に水等の流体を貯留又は循環せ
しめる構成とすれば良い。

そして各平面反射鏡１は相互の傾斜角度が特定
の値となる様に設定される。即ち各平面反射鏡１
は第１図ａに示す如く特定の角度をなしている状
態において特定の入射角の太陽光線９に対する各
平面反射鏡１の反射光線を所定の集光位置へ集中
せしめる様に設定される。ここで上記集光位置に
は前述の吸熱体２の中心が位置する。

この様に設定する事は、言い換えれば、制御体
７を移動せしめて各平面反射鏡１を回転せしめた
時に、特定の回転角度においては第１図ａの如き
特定の入射角の平行光線を上記集光位置に反射集
中せしめ得る様に各平面反射鏡１相互間の相対的
な傾斜角度を予め設定する事である。

一方、第１図ａの状態から太陽光線の入射方向
が第１図ｂに符号１０で示す様に変化した場合に
は、制御体７を適量移動させて各平面反射鏡を適
当な角度回転せしめれば前記集光位置と同一の位
置へ反射集光せしめる事が出来る。

即ち各平面反射鏡１の傾斜角度を予め特定の入
射角の平行入射光線に対して集光位置へ反射集光
せしめ得る様に設定しておけば、入射光線の入射
角が変化しても制御体７を適量移動せしめれば再
び同一の集光位置へ反射集光せしめる事が出来
る。この関係について第２図を用いて説明する。

第２図において異る位置にある任意の平面反射
鏡をＡ，Ｂとする。また入射光線がａであるとき
各平面反射鏡１、リンク６、制御体７の位置が図
の実線に示す位置にあり、入射光線がｂであると
き破線に示す位置にあるものとする。Ａ，B2つ
の平面反射鏡の回転軸を結ぶ線を基線として、次
の様に各角度を定義するものとする。

θＡ：平面反射鏡Ａから吸熱体２を見る角度 θＢ：平面反射鏡Ｂから吸熱体２を見る角度 θａ：太陽光線の入射方向がａであるときの入射
角 θｂ：太陽光線の入射方向がｂであるときの入射
角 （ここで太陽光線は平行光線と考えられるので、
平面反射鏡Ａに対するθａと平面反射鏡Ｂに対す
るθａとは等しい。またθｂも同様である。） θAa：入射光ａを吸熱体２に向けて反射するた
めの平面反射鏡Ａの法線の角度 θAb：入射光ｂを吸熱体２に向けて反射するた
めの平面反射鏡Ａの法線の角度 θBa：入射光ａを吸熱体２に向けて反射するた
めの平面反射鏡Ｂの法線の角度 θBb：入射光ｂを吸熱体２に向けて反射するた
めの平面反射鏡Ｂの法線の角度 △θＡ：平面反射鏡Ａの法線がθAaからθAbに
変化したときのリンクの角度変化量 △θＢ：平面反射鏡Ｂの法線がθBaからθBbに
変化したときのリンクの角度変化量 以上の様に各角度を定義すると下記の関係式が
成立する。先ず法線の角度は入射角（例えばθ
ａ）と反射角（例えばθＡ）の平均値であるの
で、下式が成立する。

θAa＝（θＡ＋θａ）／２ ……(1) θAb＝（θＡ＋θｂ）／２ ……(2) θBa＝（θＢ＋θａ）／２ ……(3) θBb＝（θＢ＋θｂ）／２ ……(4) また平面反射鏡１とリンク６は一体となつて軸
のまわりを回転するので、反射面と直角に交わる
法線の角度変化量とリンクの角度変化量は等しく △θＡ＝θAa−θAb ……(5) △θＢ＝θBa−θBb ……(6) の関係が成立する。

(1)〜(6)式より △θＡ＝△θＢ＝（θａ−θｂ）／２ ……(7) とる。

従つて入射光線がａであるとき反射光を吸熱体
２に向けて集中せしめる様に両反射鏡Ａ，Ｂの角
度を設定しておけば、入射光線がａからｂに変化
して入射角がθａからθｂに変化した場合には両
平面反射鏡Ａ，Ｂのリンクの角度を等量の（θａ
−θｂ）／２だけ変化させれば両反射鏡Ａ，Ｂの
反射光を再び吸熱体２に集中せしめる事が出来
る。この関係は２個の平面反射鏡Ａ，Ｂ相互間の
みならず、一般的に多数の平面反射鏡につていも
適用する事が出来るから、第１図の実施例におい
て制御体７を適量移動せしめて各リンク６の角
度、即ち各平面反射鏡１の角度を適当な角度変化
せしめれば常に反射光を吸熱体２に集中せしめる
事が出来る。

第５図には第１図、第３図及び第４図に示され
た実施例装置を家屋の屋根１１に設置した例を示
す。吸熱体としての吸熱管２内を循環して流れる
流体は、太陽光の熱エネルギーを吸収するから、
これを支柱７内等を介して屋内に引込めば冷暖房
等に使用する事が出来る。

第５図で明らかな様に、本実施例装置の集光反
射鏡は全体として平面的であり、また全体として
回転させる必要はないので家屋等に設置しやす
い。また吸熱体、支柱、反射鏡の間は風が吹き抜
けるので、特に風に耐えるために強固な構造にす
る必要もない。また構造が簡単であるので、屋根
の形に合わせて広い面積の集光反射鏡を作る事が
でき多量の熱量を集める事ができる。

上記の実施例の装置において、太陽光の入射角
の変化に従つて制御体７を移動させる手段は任意
に構成出来るが、例えば第６図に示す如く構成す
れば良い。

第６図において、吸熱体２の下には左右２つの
熱検出器２１，２２がとりつけられている。この
熱検出器は太陽光の反射光によりあたためられて
温度が上昇する。太陽光の反射光が吸熱体２のあ
る中央よりも左にずれていれば、左の熱検出器の
温度が上昇し、右にずれていれば、右の熱検出器
の温度が上昇する。従つて両者の温度を比較すれ
ば、反射光が左右どちらにずれているかを検出す
る事ができる。

熱検出器２１，２２は自身の温度の値を電気抵
抗値に変換する様な変換素子、例えばサーミスタ
を備えている。一方、制御体７は、ジヨイント２
３、連桿２４、クランク２５を介してサーボモー
ター２６に連動している。サーボモーター２６を
回転させる事により、制御体７を左右に移動さ
せ、反射光の角度を変化させる事ができる。従つ
て、熱検出器２１，２２により反射光の集光位置
のずれを検出し、これを適当な電気回路を経由さ
せてサーボモーター２６を駆動させ、集光位置に
ずれがない様に制御体７を移動させれば、集光位
置を常に中央の吸熱体２の所に定める事が出来
る。

以上の一実施例について、その構造、原理、制
御方法について述べたが、この実施例では、第５
図に示す様に、小反射鏡は細長い長方形であり、
反射光を細長い管状の吸熱体に集めていた。これ
に対して、他の実施例として、小反射鏡を小さい
正方形とし、これを碁盤目状に配置し、これが直
交する２つの軸に関して独立に回転できる様な構
造にすれば、反射光を特定の点附近に集める事が
できる。この様にすれば、太陽光線の集中度を更
に上げ高温を発生させる事ができ、エネルギー利
用の効率を上げげる事ができる。この実施例の構
造は、正面図、側面図とも第１図に示すものと類
似したものとなる。この場合には各小反射鏡は枠
に支えられたジヨイント（第１図の軸３に相当）
を中心にして直交する２つの軸に関して独立に回
転する事ができ、これが、制御体にジヨイントで
連結されたリンクに固定され、制御体を移動させ
ることにより、各小反射鏡の角度が制御される事
になる。

またこの場合の動作原理は、第２図で行つた説
明をそのまま直交する２つの断面について適用す
る事により説明される。またこの実施例装置の制
御は、第６図で示した構造および制御方法を、そ
のまま直交する２つの断面に適用する事により実
現する事ができる。

又上述の如く小反射鏡を２軸に関して制御する
場合には、１日の時間的な変化による太陽光線の
入射角度の変化のみならず、季節による太陽高度
の変化にも対応して小反射鏡の角度を変化させる
事が出来る利点がある。

本発明による集光装置は、反射部が全体として
平面的である事、よび反射角を変化させるための
機構が簡単であり、また可動部の移動量が小さ
い。この特徴により、地形を利用して非常に大型
の集光装置を作る事も可能である。

第７図は、本発明を大型の集光装置として実現
した実施例の断面図を示している。。図におい
て、斜線をほどこした部分は、地表断面を表わ
し、山３１および山３２の間に谷３３がある。山
３１の南面する斜面には、反射部３４が設置され
ている。図では省略されているが、反射部３４
は、第１図に示したものと同様に、共通の制御体
により各リンクを介して同量の角度だけ変化され
る多数の小反射鏡により構成されている。しかし
全体としてはこの反射部は平面的であり、斜面に
固定されている。この反射部は、太陽光ａあるい
はｂを、谷３３を隔てた山３２に設置された吸熱
部３５に反射集光させる。これにより吸熱部の温
度は上昇し、この熱エネルギーを発電等に利用す
る事ができる。尚この場合多数の平面反射鏡１を
持つ反射部３４を１ユニツトとして、多数のユニ
ツトを並設しても良い。

以上で明らかな如く、本発明装置は反射部を全
体として角度変化させるものではなく、反射部を
構成する比較的小さい小反射鏡の角度を変化させ
しめるものであるうえに、吸熱部が固定されたも
のであるから、可動部の移動量が少ないと共に簡
単な機構により角度変化を制御する事が出来、従
つて軽量且つ安価に作る事が出来る。

そして、吸熱部は固定されているため、吸熱部
として光エネルギーを直線電気エネルギーに変換
し、あるいは温水又は蒸気を得る如く熱エネルギ
ーに変換するもの等種々のものを採用することが
でき、同時にその構成を簡単なものとすることが
できる。

又本発明装置は平面的に作る事が出来るから屋
根等に設置し易いと共に大型化する事も容易であ
る。

更に又本発明装置は、太陽位置の変化を検出し
て各平面反射鏡を同一方向へ同一角度回転さすだ
けで、太陽光線の入射角が変化しても常に正確な
焦点を結ばす事が出来ると共にこの焦点を結ぶに
際しての収差がないから、集光効果を極めて良好
に維持し得ると云う効果がある。

従つて本発明装置は今後のエネルギー源として
期待される太陽熱の利用装置に用いて極めて有益
なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ，ｂはそれぞれ本発明装置の一実施例
を示す略解断面図、第２図は上記実施例の作用を
説明する為の説明図、第３図は上記実施例の正面
図、第４図は上記実施例の平面図、第５図は上記
実施例装置を家屋の屋根に設置した例を示す斜視
図、第６図は本発明装置の制御機構を動作せしめ
る為の構成を示す断面方向の略解図、第７図は本
発明装置を大型に構成した実施例を示す略解断面
図である。 図中１は平面反射鏡、２は吸熱体、３は軸、６
はリンク、７は制御体を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 固定された特定の集光位置に反射光を集中す
   るよう相対的に傾斜し且つ回転可能に並設された
   多数の小反射鏡と、これらの小反射鏡による反射
   光の前記集光位置に固定された吸熱部と、前記各
   小反射鏡に対する平行入射光線の入射角の変化に
   対応して位置を制御される制御体と、各小反射鏡
   と制御体とを連結するリンクとを有し、反射光が
   前記固定された吸熱部に常時集光するよう平行入
   射光線の入射角度の変化に対応して前記各小反射
   鏡を制御体およびリンクにより一斉に同方向且つ
   等角度回転させるよう構成されていることを特徴
   とする太陽光線集光装置。